開放教育大學物理課程開設情況及存在問題研究

李景娟

(國家開放大學教務部 北京 100039)

鄒 斌

(中央民族大學理學院 北京 100081)

王 霞

(中國人民解放軍陸軍防化學院 北京 102205)

張洪波

(臨沂科技職業(yè)學院公共教學部 山東 臨沂 276000)

物理學是研究物質世界最基本、最普遍規(guī)律的學科，也是科技發(fā)展的理論源泉，是其他自然科學和應用型學科發(fā)展的基礎.各全日制高校都認識到了物理學科的重要性，將大學物理作為大學教育中的基礎課程，尤其是理工科專業(yè)，大學物理是必修的專業(yè)基礎課.大學物理主要包括力學、電磁學、熱學、光學、近代物理等內容，可以說是中學物理的延伸擴展，在中學物理的基礎上加入了更深刻、更本質的知識，有效地增加了物理的應用范圍，為后續(xù)其他專業(yè)知識的學習奠定了基礎，能夠幫助加深對專業(yè)課程的理解.同時，物理類課程的開設在培養(yǎng)學生的邏輯思維、創(chuàng)新能力及應用意識等方面有著不可替代的作用[1].

與全日制高校對物理教育的重視形成鮮明對比的是，開放教育各專業(yè)中基本沒有大學物理課程的學習.本文以國家開放大學開放教育本、專科理工科相關專業(yè)為研究對象，梳理目前大學物理相關課程開設情況，以及后續(xù)專業(yè)課程與大學物理基礎知識的相關性，分析課程設置存在的問題.

1 開放教育大學物理課程開設情況

根據國家開放大學招生簡章[2]，2020年秋季學期招生專業(yè)(含方向)172個，其中，高中起點本科專業(yè)11個、?？破瘘c本科專業(yè)(含方向)51個、專科專業(yè)(含方向)110個.

在170多個專業(yè)(含方向)中，僅有6個專業(yè)開設了大學物理相關課程，分別是園藝[本科(?？破瘘c)]專業(yè)和電廠熱能動力裝置(?？?)專業(yè)在公共基礎課模塊開設了《大學物理》(本)，風力發(fā)電工程技術(?？?)在專業(yè)基礎課模塊開設了《大學物理導論》，光伏發(fā)電技術與應用(光伏材料與器件方向)(?？?)和光伏發(fā)電技術與應用(光伏電池與系統(tǒng)方向)(?？?)專業(yè)在公共基礎課模塊開設了《大學物理導論》.另外，小學教育(?？?和小學教育(新疆試點)(?？?專業(yè)在專業(yè)拓展課模塊開設了物理課程.

在這幾個專業(yè)中，園藝[本科(專科起點)]和小學教育(?？?專業(yè)的后續(xù)課程設置和所需的知識儲備其實與物理差距較大，專業(yè)課的學習不以大學物理課程的學習為前提，無需開設該課程.其他4個專業(yè)在后續(xù)的多門專業(yè)課的學習中都涉及到力學、電磁學等基本物理知識，而力學和電磁學是大學物理課程的主干內容，因此，《大學物理》作為先修課開設是十分必要的.但與全日制高校的大學物理課程不同，這幾個專業(yè)開設的大學物理相關課程的課程性質均為選修，重視程度明顯不足.除此之外，其他160多個專業(yè)(含方向)均未開設大學物理或普通物理等由中學物理向大學物理知識或其他專業(yè)知識過渡的銜接課程.

2 大學物理課程與開放教育部分專業(yè)課程關聯度分析

通過深入調研開放教育專業(yè)課程與大學物理課程的關聯，發(fā)現工學、資源開發(fā)與測繪大類、材料與能源、土建大類、制造大類、環(huán)保氣象與安全大類等學科的相關專業(yè)中有多門課程和物理課程存在密切的聯系.如機械類、礦山機電類、水利水電、建筑類等專業(yè)開設的專業(yè)課程工程力學、巖土力學、建筑力學、流體力學與流體機械、液壓與氣壓傳動、電工電子技術等，這些專業(yè)課程的很多內容都是物理知識的遞進與發(fā)展，必須在掌握相關物理知識的基礎上進行學習.

具體分析課程內容可以發(fā)現，大學物理力學中的質點動力學、剛體力學，電磁學中的穩(wěn)恒電流、電磁場，熱學中的熱力學等內容在機械、水利、土建等應用型專業(yè)中都有需求.下面對開放教育中涉及的相關課程進行具體分析.

2.1 力學相關課程

在開放教育工科相關專業(yè)中，力學相關課程相對較多，工程力學、建筑力學、流體力學、彈性力學、巖土力學、機械原理等都是相關專業(yè)的必修課.這些課程內容都涉及力學分析，大學物理中的力學部分是直接或間接的先修課程.

以工程力學為例，該課程是礦山機電技術(礦山機電設備運行與管理方向)(?？?、機械電子工程與管理(?？?、 水利水電工程[本科(?？破瘘c)]以及土木工程[本科(專科起點)]等專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課，包括理論力學和材料力學兩大板塊.該課程是后續(xù)流體力學、機械設計基礎、流體力學與流體機械、建筑結構試驗、混凝土結構設計原理、高層建筑施工等專業(yè)核心課程的基礎，在多個專業(yè)課程體系中起到重要的支撐作用.本課程內容豐富，理論力學研究質點系和剛體系統(tǒng)機械運動(包括平衡)的基本規(guī)律，包括物體的受力分析、力系簡化和物體及物體系統(tǒng)的平衡，質點和剛體的運動學分析，質點與質點系的動力學分析的研究方法等.材料力學的主要任務是在滿足強度、剛度、穩(wěn)定性的要求下，為構件工程設計提供必要的理論基礎和計算方法.課程特點是既有豐富的理論，又具有很強的實踐性，而且基本概念多、知識點多、公式多、原理多，學生有時會感到抓不住重點，甚至理解困難.另外，課程理論性和邏輯性較強，知識結構嚴謹，前后聯系密切，如果沒有大學物理力學部分的學習基礎，該課程學習起來具有一定的難度.

2.2 電學相關課程

在開放教育電類相關專業(yè)的人才培養(yǎng)方案中，都提到電路分析基礎、模擬電子電路和數字電子電路等課程.這幾門課程涵蓋了從電路基本理論和電路分析方法、集成運算放大電路和反饋電路、組合邏輯電路和時序電路的組成及分析方法等理論知識，到信號處理、觸發(fā)器以及數字電路和集成電路的典型應用等應用型知識.各部分內容聯系緊密，知識體系前后銜接，對物理概念、數學知識要求較高.比如要想理解模擬電子電路中的反饋，就要求電路理論分析的基礎要好，而電路分析基礎，也是建立在高等數學和大學物理的基礎上.

另外，模擬電子電路和數字電子電路這兩門工科課程也是對邏輯思維能力和物理抽象能力有較高要求的科目，這也是需要在大學物理課上潛移默化培養(yǎng)出來.

2.3 熱學相關課程

熱工基礎是開放教育電廠熱能動力裝置(?？?專業(yè)的必修課，是講授熱能與機械能相互轉換基本理論和熱量傳遞規(guī)律，以提高熱能利用完善程度的一門技術基礎課.其課程內容包括工程熱力學和傳熱學兩部分，涉及熱能與機械能的相互轉換、熱力學過程和熱力循環(huán)分析、傳熱過程的基本規(guī)律、控制熱量傳遞過程的技術措施等.要想分析解決實際傳熱問題，就需要從本質上理解熱能轉換，而對熱能轉換的理解離不開熱力學過程和熱力學基本定律等基本概念和規(guī)律，這些是大學物理課程熱學部分的基本內容.

綜合上述分析可以看出，開放教育雖然主要涉及面向生產實踐的應用型專業(yè)，但有些專業(yè)的課程設置中，部分課程內容與大學物理基礎知識存在著較為密切的聯系.在實際教學中，如果能找出這些課程用到的物理知識，找出各專業(yè)課程在這些物理知識上的遞進與發(fā)展關系，進而研究、建立相應的大學物理課程體系，在開放教育相關專業(yè)中開設大學物理課程，必將提升專業(yè)課程的學習效果，推動教學質量的提升.

3 開放教育中大學物理課程缺失帶來的問題

開放教育是我國終身教育體系的一個重要組成部分，實施的是本?？聘叩葘W歷教育，以培養(yǎng)應用型人才為目標，實行的是“寬進嚴出”和“完全學分制”的學習制度，在課程設置和教學安排上必須以學生為中心.開放教育理工科專業(yè)不開設大學物理課程，嚴重影響學生能力的培養(yǎng)和其他課程的學習效果.主要表現在以下幾個方面.

(1)缺乏知識體系的漸進性，學習效果難以保證

不經過大學物理的學習直接進入專業(yè)課，讓學生在中學物理的基礎上對接相關專業(yè)知識，會存在知識上的斷層，使學習難度增大，嚴重影響學習效果.比如，對于中學物理基礎薄弱的學生，對工程力學課程中直接用到的力學概念會感到困惑，如“力偶”這一概念就相對難以理解，很多同學無法建立直觀生動的認識.又比如“力矩”這一概念，雖然在高中物理課程中講到力矩，其定義為“力與力臂的乘積稱為力矩”.但并不涉及力矩矢量這一重要屬性.如果學生沒有學過《大學物理》，就不知道力矩是矢量，更不知道力矩的定義式M=r×F是什么.因此，在工程力學課程中遇到這樣的表達式就會感到茫然和困惑，這無疑會對學生的學習和教師的講授造成極大的困難.

(2)不符合學生認知規(guī)律，教學過程難以開展

2014年國務院印發(fā)了《關于深化考試招生制度改革的實施意見》[3]，對高考考試招生制度改革作出了全面部署，高中物理課程由必考科目變?yōu)檫x考科目，選考物理的學生人數急劇減少，未選考物理的學生不僅物理知識結構斷檔，而且物理的思維方式也被弱化，導致大學階段的課程學習難度增加.為此，針對新高考制度的實施大學中學的物理教師積極探尋解決問題之路，提出物理教學的應對策略[4,5].相比較而言，開放教育在讀生一般是在職工作人員，中學基礎較弱，沒有通過高考這座橋，物理知識更是嚴重碎片化，知識結構不完善，生源水平參差不齊，這給以物理知識為基礎的專業(yè)課程教學帶來極大挑戰(zhàn).另外，沒有力學基礎，基本的受力分析方法掌握不牢固，對理論模型或實際復雜體系的分析無從下手，不僅教學進度難以推進，而且會導致學生的學習積極性降低，學習效果更加難以保證.

(3)不符合當前重視基礎學科的方針政策

2018年，教育部印發(fā)了《高等學?；A研究珠峰計劃》[6]，提出要夯實基礎，充分認識基礎學科的基石作用，全面加強基礎學科建設，推動基礎學科與應用學科均衡協(xié)調發(fā)展.重視基礎理論和學科建設，對數學、物理等重點或薄弱基礎學科給予更多傾斜.并于2020年提出了“強基計劃”[7]，重點突出基礎學科的支撐引領作用，培養(yǎng)基礎學科拔尖的學生.在大力加強和發(fā)展基礎教育的背景下，開放教育中物理教學的缺失明顯與高等教育方向不符，與當前教育政策不符.

4 結束語

在建設應用型高校，培養(yǎng)優(yōu)秀應用型人才的背景下，大學物理是理工科相關專業(yè)應該開設的基礎課程，開放教育也不能例外.從能力培養(yǎng)的角度來說，大學物理類課程的開設在培養(yǎng)學生的邏輯思維、創(chuàng)新能力及應用意識方面有著不可替代的作用，物理學習有助于科學思維能力和科學精神的培養(yǎng).從知識完整性和漸進性角度來說，通過物理課程的學習，學生可以有序地將物理知識與專業(yè)課程中的內容對接，從而掌握完整的專業(yè)知識鏈.

另一方面，目前我國科技發(fā)展趨勢呈現出多學科融合發(fā)展相互促進的態(tài)勢.在某些領域的產業(yè)發(fā)展中遇到的瓶頸涉及物理學相關的理論和技術.因此，為理工科學生開設大學物理這樣的基礎課程，其重要性和必要性也是顯而易見的.